Электронные преобразовательные устройства лабораторный практикум3

3.3.Включить выключатель «СЕТЬ» преобразователя А5.

3.4.Включить выключатель блока датчиков тока и напряжений А6.

3.5.В соответствии с выбранной для исследования схемой нажать кнопку «1Ф ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ» или «3Ф ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ» на лицевой панели преобразователя А5 и удерживать ее до тех пор, пока не загорится расположенный рядом с ней светодиод.

3.6.Подключить осциллограф в соответствии со схемой.

3.7.Включить источник G1. О наличии фазных напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

3.8.Вращая регулировочную рукоятку преобразователя А5, установить по его индикатору желаемое значение угла управления α.

3.9.Уменьшая сопротивление реостата А10, увеличивать

выпрямленный ток Id преобразователя А5 (не превышая 1 А) и записывать показания вольтметра Р1.1 и амперметра Р1.2 в сводную таблицу:

Id, А

Ud, В

3.10.Снять осциллограммы напряжений на входе, выходе и на вентиле преобразователя.

3.11.По завершении эксперимента отключить источник G1, питание преобразователя А5, блока мультиметров Р1.1, Р1.2, блока датчиков тока и напряжений А6.

3.12.Используя данные сводной таблицы, графически по-

строить естественную внешнюю характеристику Ud = f(Id) выпрямителя.

4. Определить внешние характеристики неуправляемого выпрямителя.

4.1.Изменить схему в соответствии с рис. 5.7.

4.2.Включить выключатель «СЕТЬ» блока мультиметров Р1.1, Р1.2.

4.3.Включить выключатель «СЕТЬ» преобразователя А5.

51

Рис. 5.7. Схема соединения неуправляемого выпрямителя

4.4.Включить выключатель блока датчиков тока и напряжений А6.

4.5.Подключить осциллограф в соответствии со схемой.

4.6.Включить источник G1. О наличии фазных напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

4.7.Уменьшая сопротивление реостата А10, увеличивать

выпрямленный ток Id преобразователя А5 (не превышая 1 А) и записывать показания вольтметра Р.1.1 и амперметра Р1.2 в сводную таблицу:

Id,А

Ud, В

4.8.Снять осциллограммы напряжений на входе, выходе и на вентиле преобразователя.

4.9.По завершении эксперимента отключить источник G1, питание преобразователя А5, блока мультиметров Р1.1, Р1.2, блока датчиков тока и напряжений А6.

52

4.10. Используя данные сводной таблицы, графически построить естественную внешнюю характеристику Ud = f(Id) выпрямителя.

Содержание отчета

1.Рисунок схемы соединения блоков, на основе которой проходила соответствующая часть лабораторной работы.

2.Осциллограмма исследованных участков схемы.

3.Сводная таблица данных и диаграмма для каждой части лабораторной работы, где было необходимо построить те или иные характеристики преобразователя.

4.Графики экспериментально полученных характеристик.

Контрольные вопросы

1. Что такое угол управления (регулирования) α? От какой точки он отсчитывается на временных диаграммах: а) при пульсности mп = 2; б) при пульсности mп = 3; в) при пульсно-

сти mп = 6?

2. Что такое режим прерывистого и непрерывного тока? Когда возникает режим прерывистого тока при активной нагрузке: а) при mп = 2; б) mп = 3; в) mп = 6? Может ли возникнуть режим

прерывистого токапри активно-индуктивнойнагрузке?

3.Что такое анодная индуктивность и как она влияет на значение выходного напряжения выпрямителя?

4.Что такое угол коммутации γ и от чего он зависит?

5.Как изменится выходное напряжение однофазной мостовой схемы неуправляемого выпрямителя, если эквивалентная входная индуктивность сети увеличится в 2 раза при неизменном значении входного напряжения?

53

Лабораторная работа № 6 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВЕДОМОГО ИНВЕРТОРА

Продолжительность работы – 4 часа

Цели работы: получить экспериментальное подтверждение теоретическим знаниям, получить наглядное представление о работе инвертора, естественные внешние характеристики инвертора.

Основные теоретические положения

Инвертированием называется процесс преобразования электрическойэнергиипостоянноготока вэнергиюпеременноготока.

Термин «инвертирование» происходит от латинского inversio – переворачивание, перестановка. Впервые этот термин в преобразовательной технике был применен для обозначения процесса, обратного выпрямлению, при котором поток энергии изменяет свое направление на обратное и поступает от источника постоянного тока в сеть переменного тока. Такой режим был назван в противоположность выпрямительному режиму инверторным, а преобразователь, осуществляющий процесс передачи энергии от источника постоянного тока в сеть переменного тока,

– инвертором. Поскольку электрические параметры преобразователя на стороне переменного тока (частота переменного тока, действующее значение напряжения) в этом случае полностью определяются параметрами сети, такой инвертор называют зависимым или ведомым сетью.

Исторически термин «инвертор» в преобразовательной технике распространился на все виды статических преобразователей электрической энергии постоянного тока в переменный.

Инвертирование потока энергии из прямого на обратное направление сложнее происходит в системе тиристорный преобразователь – двигатель постоянного тока (ТП–Д), чем в системеГ–Д.

54

Сложность вытекает из того, что не удается изменить направление тока в якорной цепи вследствие односторонней проводимости вентилей.

Анализируя работу тиристорного преобразователя в инверторном режиме, можно перечислить условия, при которых этот режим возможен:

–нагрузка должна содержать в своем составе источник постоянной ЭДС – EМ;

–схема должна обеспечивать возможность протекания тока

внаправлении ЭДС нагрузки, т.е. полярность EМ′ должна совпадать с проводящим направлением вентилей. Для выполнения

этого требования мы изменим полярность ЭДС EМ на EМ′;

–тиристорный преобразователь должен вырабатывать ЭДС

Ed′, направленную встречно ЭДС нагрузки и встречно проводящему направлению тиристоров.

–среднее значение ЭДС нагрузки должно превышать среднее значение ЭДС ТП.

При анализе инверторного режима работы ТП вместо угла

управления α используют угол β, дополняющий угол α до 180°:

α + β = 180°.

Этот угол отсчитывается от точки пересечения ЭДС коммутируемых фаз в области отрицательных напряжений в сторону опережения (влево), поэтому его иногда называют углом опережения включения в отличие от угла α, называемого углом задержки включения. В действительности никакое опережение включения тиристоров места не имеет. Имеет место задержка включения, еще большая, чем в выпрямительном режиме (α > 90°). Просто отсчет угла управления инвертора удобнее производить от другой точки координаты ωt. Угол β получается меньше 90°, и для инвертора оказывается справедливой такая же связь между углом управления (β) и средним значением ЭДС ТП.

Ed инв = – Ed0 cos β.

55

При этом надо иметь в виду, что знак ЭДС Ed инв противоположен знаку Ed выпр, т.е. отрицателен.

Особенность внешних характеристик инвертора

Внешние характеристики переходят из выпрямительного режима в инверторный, не изменяя угла наклона по отношению к оси абсцисс (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Внешние характеристики выпрямительного и инверторного режимов

Это значит, что процесс коммутации имеет ту же физическую природу, что и в режиме выпрямления. Как и в выпрямительном режиме, этот процесс связан с изменением напряжения на нагрузке.

В инверторном режиме при увеличении тока напряжение на якоре электрической машины не уменьшается, а увеличивается. Вид внешних характеристик наглядно показывает эту особенность инверторного режима. С увеличением тока расстояние от характеристики до оси абсцисс увеличивается.

Неустойчивость работы ТП в инверторном режиме при ма-

лых значениях угла β и больших значениях тока проявляется в возможности так называемого опрокидывания или прорыва инвертора, что может быть чревато выходом преобразователя из строя.

56

При некоторых обстоятельствах противоЭДС Ed′ может практически мгновенно изменить свое направление на противоположное и действовать в цепи якоря согласно с EМ′. Тогда окажется, что в якорной цепи действуют два источника энергии и в ней нет ни одного приемника энергии. Эту ситуацию можно рассматривать как двойное короткое замыкание в якорной цепи, что вызывает очень быстрое нарастание тока и требует экстренного размыкания цепи якоря. Дело в том, что отключение ТП от сети не устраняет аварийного режима, так как ток под действием ЭДС EМ′ будет продолжать протекать через одну из фаз вторичной обмотки трансформатора и вентиль этой фазы, который был включен в момент опрокидывания инвертора. Единственным способом прекратить развитие аварии является разрыв якорной цепи, т.е. отсоединение одного источника от другого.

Недопущение явления опрокидывания возможно снижением величины угла управления β ниже минимально допустимого его значения βmin. Эта величина определяется выражением

βmin ≥ γmax + δ + δα,

где γmax – максимально возможное значение угла коммутации, определяемое максимально возможным током в любом режиме работы инвертора; δ – угол, определяемый временем восстановления запирающих свойств вентилей, а точнее, временем их выключения; δα – асимметрия управляющих импульсов, т.е. самопроизвольное их отклонение от заданной величины в силу ограниченных возможностей системы управления.

Обратившись к внешним характеристикам ТП, работающего в инверторном режиме, можно определить и обозначить ограничительную линию, указывающую предел значений угла β и величины тока, допустимых для данного преобразователя. Эти величины между собой связаны. Чем меньше β, тем меньшее значение тока допускается при работе ТП в инверторном режиме.

57

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему для исследования работы инвертора.

1.1.Перед началом сбора схемы все блоки должны быть выключены(т.е. кнопки включения всеть не должны светиться).

1.2.Собрать требуемую схему вентилей на основе схем соединения отдельных блоков, расположенных согласно рис. 6.2. Номера необходимых блоков указаны на рисунке в правом нижнем углу каждого блока в схеме.

Рис. 6.2. Схема соединения инвертора

Вкачестве источника питания следует использовать источник с реактором в первичной цепи питающего трансформатора.

Вкачестве нагрузки следует использовать активноиндуктивную нагрузку с противоЭДС, включенной последовательно с нагрузкой.

1.3. Обязательно следует соединить гнезда защитного за-

земленияустройств, используемых в эксперименте, с гнездом РЕ источника G1 с помощью специальных проводов.

2.Произвести настройку и включение блоков стенда.

2.1. Для исследования величин токов и напряжений схемы необходимо включить в нее измерительную аппаратуру:

58

–амперметр включить последовательно с нагрузкой;

–вольтметр параллельно нагрузке (удобнее включить на выход преобразователя).

2.2. Для получения осциллограмм следует включить в необходимые участки цепи датчики тока и напряжения, расположенные на блоке 402.3.

2.3. После того как схема собрана, необходимо, чтобы преподаватель проверил правильность.

3. Наблюдать осциллограммы нормального режима работы ведомого инвертора.

3.1.Переключатели реостата А10 установить в положение

100 Ом.

3.2.Переключатели блока дросселей А11 установить в положение 3 Гн.

3.3.Переключатели номинальных фазных напряжений вторичных полуобмоток трансформаторов А3 и А4 установить в положение 73 В.

3.4.Регулировочную рукоятку автотрансформатора А13 повернуть против часовой стрелки до упора.

3.5.Включить выключатель «СЕТЬ» преобразователя А8.

3.6.Вращая регулировочную рукоятку преобразователя А8, установить по его индикатору желаемое значение угла управле-

ния α, равное, например, 150°.

3.7.Нажать кнопку «3Ф ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ» на лицевой панели преобразователя А8 и удерживать ее до тех пор, пока не загорится расположенный рядом с ней светодиод.

3.8.Включить выключатели «СЕТЬ» блока мультиметров Р1 и блока датчиков тока и напряжения.

3.9.Включить выключатель «СЕТЬ» блока датчиков тока и напряжения (402.3).

3.10.Включить источник G1. О наличии фазных напряжений на его выходе должны сигнализировать светящиеся лампочки.

3.11.Включить выключатель «СЕТЬ» автотрансформатора

А13.

59

3.12.Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора

А13 по часовой стрелке, добиться появления входного тока Id (ток контролироватьпо амперметру Р1.2), т.е. запуска инвертораА8.

3.13.При необходимости можно выключить стенд, следуя в порядке, обратном порядку включения, и изменить участки, на которых необходимо проанализировать параметры токов/напряжений.

4. Определить входную характеристику.

4.1.Вращая регулировочную рукоятку автотрансформатора

А13 по часовой стрелке, увеличивать входной ток Id инвертора А8 (не превышая 1 А) и записывать показания вольтметра Р.1.1

иамперметра Р1.2 в сводную таблицу:

Id, А

Ud, В

4.2.По завершении эксперимента отключить питание автотрансформатора А13, преобразователя А8 и блока мультиметров Р.1, а также отключить источник G1.

4.3.Используя данные сводной таблицы, графически построить естественную входнуюхарактеристику Ud = f(Id) инвертора.

Содержание отчета

1.Рисунок схемы соединения блоков, на основе которой проходила соответствующая часть лабораторной работы.

2.Осциллограмма исследованных участков схемы.

3.Сводная таблица данных и диаграмма для каждой части лабораторной работы, где было необходимо построить те или иные характеристики преобразователя.

4.Графики экспериментально полученных характеристик.

Контрольные вопросы

1.Что такое инвертирование?

2.Что является формальным признаком источника и потребителя электрической энергии?

60